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The description of spectralproperties of highly ionized plasmas – asthose studied in stellar atmospheres, facilitiesfor nuclear fusion, or laser-plasmasexperiments – may require different types ofinterpretation, among which the detailed line by-line accounting which relies on Hamiltoniandiagonalization and the statistical approachbased on the characterization of spectralstructures through distribution moments.My PhD work aims at developing statisticalmethods dealing with situations whereabundant lines gather in Unresolved TransitionArrays (UTA).To this end, analytical and numerical analysishave been carried out. On one hand, high-ordermoments of spin-orbit energy have beenderived using averaging calculation techniquesbased on second quantization results andangular momentum algebra. On the other hand,after implementing a post-processing programfor both detailed and UTA computations of theFlexible Atomic Code (FAC), emission andabsorption spectra of tungsten plasmas havebeen studied in tokamak-equivalentthermodynamic conditions.Results of this thesis should hopefully stimulatefurther analysis on averages computationinvolving complex transition processes., La description des propriétésspectrales des plasmas hautement ionisés –comme ceux rencontrés en fusion nucléaire,en astrophysique et en expérimentationlaser-plasmas –peut nécessiter différentstypes d’interprétation, parmi lesquelsl’approche détaillée ou raie-par-raieimpliquant de la diagonalisation del’Hamiltonien du système et, l’approchestatistique basée sur la caractérisation desstructures spectrales à travers les momentsde distribution.Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier etde mettre en œuvre les méthodes statistiquestraitant des cas où de nombreuses raies seregroupent en faisceaux de transition nonrésolus (UTA pour Unresolved TransitionArray).Pour cela, des études analytique et numériqueont été menées. D’une part, les momentsd’ordre élevé de la distribution d’énergies spinorbiteont été obtenus, en utilisant lestechniques de calcul de moyennes qui fontintervenir les résultats de la secondequantification et de l’algèbre de momentangulaire. D’autre part, après avoir implémentéun programme de post-traitement des donnéesatomiques produites par le code FAC (FlexibleAtomic Code), en mode détaillée comme enmode UTA, les spectres d’émission et

International audience; Planar laser-induced fluorescence on atomic iron is investigated in this paper, and a measurement strategy is proposed to monitor the fluorescence of iron atoms with good sensitivity. A model is proposed to fit the experimental fluorescence spectra, and good agreement is found between simulated and experimental spectra. Emission and laser-induced fluorescence measurements are performed in the flames of ammonium perchlorate composite propellants containing iron-based catalysts. A fluorescence signal from iron atoms after excitation at 248 nm is observed for the first time in propellant flames. Images of the spatial distribution of iron atoms are recorded in the flame in which turbulent structures are generated. Iron fluorescence is detected up to 1.0 MPa, which opens the way to application in propellant combustion.; L'imagerie de fluorescence induite par laser est appliquée aux atomes de fer et une stratégie pour leurs mesurer avec une bonne sensibilité est présentée dans cet article. Un modèle est développé pour calculer les spectres de fluorescence et un bon accord est trouvé entre les spectres calculés et expérimentaux. Les mesures en émission et en fluorescence induite par laser sont effectuées dans des flammes de propergols composites à base de perchlorate d'ammonium dopés avec des catalyseurs ferriques.Le signal de fluorescence induit par l'excitation laser à 248 nm des atomes de fer est observé pour la première fois dans les flammes de propergol. La répartition spatiale des atomes de fer est visualisée en flamme dont les structures turbulentes sont forcées. La fluorescence du fer est détectée jusqu'à 1,0 MPa, ce qui ouvre des perspectives de visualisation d'écoulements de gaz de combustion de propergols solides.

Cette thèse est consacrée à l'étude des effets isotopiques dans les atomes neutres et ions négatifs. En particulier, nous ciblons notre recherche sur le calcul ab initio des déplacements isotopiques (DI) sur les électroaffinités des éléments des blocs p des deuxième et troisième périodes (B à F et Al à Cl). Ces derniers sont les systèmes les plus susceptibles d'être l'objet d'études expérimentales de haute précision.Le premier chapitre se concentre sur une étude didactique du problème atomique et des effets isotopiques. Nous concluons par une description détaillée des motivations de notre thèse.Le second chapitre présente le modèle Hartree-Fock (HF) et son extension multi-configurationelle (MCHF). Nous y énonçons le théorème de Brillouin et sa généralisation à un ansatz MCHF. Pour ce faire, nous formulons de manière originale le principe d'invariance d'une fonction d'onde CAS (Complete Active Set) par rapport aux rotations d'états d'orbitales. De cette formulation, nous caractérisons la famille des solutions CAS n'interagissant pas avec une fonction d'état de configuration (CSF) particulière et démontrons sa multiplicité. Finalement, nous appliquons notre technique d'analyse à l'étude de modèles concrets et prédisons l'apparition de minima locaux correspondant à chacune de ces solutions GBT. Introduisant le concept de quasi-symétrie de la fonctionnelle d'énergie, nous expliquons l'origine de fortes perturbations du "coeur" atomique dans des modèles particuliers.Les troisième et quatrième chapitres fournissent les outils méthodologiques de base utilisés dans la deuxième partie de notre thèse qui présente des résultats quantitatifs originaux.Le cinquième chapitre traite des DI et structures hyperfines des termes les plus bas de S, S-, Cl, Cl-, Si et Si-.Dans le sixième chapitre, nous rapportons un profond désaccord entre théorie et expérience au sujet de la structure hyperfine de transitions de l'azote dans le infrarouge lointain. Nous montrons que les simulations basées sur nos valeurs de constantes isotopiques sont compatibles avec les spectres enregistrés moyennant une réassignation des raies faibles à des signaux de "cross-overs". Sur cette base, nous déduisons un nouvel ensemble de constantes hyperfines pour les états considérés, en bon accord avec nos valeurs théoriques, en nous basant uniquement sur les données expérimentales.Le septième chapitre est une étude globale des configurations de plus basse énergie du C et C- (i.e. tous les états liés de ce dernier). Par une étude détaillée de nos incertitudes, nous obtenons des estimations très fiables et de grande précision pour un ensemble de propriétés. En particulier, nous présentons les valeurs de structure fine et hyperfine du C-, ainsi que les probabilités de transitions intra-configurationelles fournissant une base solide pour l'étude spectroscopique de ce système.Dans le huitième chapitre, nous étudions la périodicité du déplacement spécifique de masse sur l'électroaffinité dans le Tableau Périodique des Eléments. Nous avançons les contributions dominantes qui interviennent dans cette grandeur et analysons les principales limitations des techniques de calcul actuelles dans ce contexte.Nous présentons nos conclusions générales et les perspectives de notre travail dans le neuvième chapitre., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

pour le champs 'auteurs', les Directeurs de publications apparaissent en premier puis le Directeur de collection.; International audience; 1 Généralités|P. 9|- 1.1 Quantification de l'énergie|P. 9|― 1.1.1 Spectre du corps noir et loi de Planck|P. 9|― 1.1.2 Spectres des atomes|P. 10|- 1.2 Quantité de mouvement du photon / Effet Compton|P. 11|― 1.2.1 Quantité de mouvement du photon|P. 11|― 1.2.2 Collision élastique entre photon et électron - longueur d'onde de Compton|P. 12|- 1.3 Grandeurs et constantes caractéristiques|P. 13||2 Hydrogène / Atomes à un électron de valence|P. 19|- 2.1 Généralités sur les niveaux atomiques|P. 20|― 2.1.1 Hamiltonien décrivant l'énergie de l'atome libre|P. 20|― 2.1.2 Fonctions propres et énergies propres de H|P. 21|―- 2.1.2.1 Position du problème : approximation du champ central|P. 21|―- 2.1.2.2 Fonctions et énergies propres du hamiltonien principal H0|P. 22|―- 2.1.2.3 Etude du hamiltonien H'|P. 25|―- 2.1.2.4 Etude du hamiltonien total H|P. 28|- 2.2 Description des atomes à un électron de valence|P. . 30|― 2.2.1 Fonctions d'onde et niveaux d'énergie des hydrogénoïdes|P. 31|―- 2.2.1.1 Etude des termes|P. . 31|―- 2.2.1.2 Etude de la structure fine|P. 34|- 2.3 Niveaux d'énergie des alcalins|P. 37|― 2.3.1 Étude des termes|P. 37|― 2.3.2 Etude des niveaux de structure fine|P. 38|― 2.3.3 Structure Hyperfine|P. 40|―- 2.3.3.1 Structure hyperfine d'origine isotopique|P. 40|―- 2.3.3.2 Structure hyperfine liée au spin nucléaire|P. 43|- 2.4 Application : Action d'un champ magnétique sur le sodium|P. 46|― 2.4.1 Quelques rappels|P. 46|―- 2.4.1.1 Moment magnétique associé au moment cinétique|P. 46|―- 2.4.1.2 Transitions optiques entre les niveaux (a;E; p; J) et (a';E'; p'; J')|P. 49|― 2.4.2 Effet d'un champ magnétique faible : Effet Zeeman linéaire|P. 51|― 2.4.3 Champ fort. Effet Paschen-Back|P. 55|- 2.5 Exercices et problèmes d'application|P. 57|― 2.5.1 Etude de la structure fine de l'hydrogène par un calcul perturbatif|P. 57|― 2.5.2 Atome de Sodium en champ quelconque|P. . 79|― 2.5.3 Structure Hyperfine et effet Zeeman de la raie D2 de 23Na|P. 109|― 2.5.4 Effet Zeeman et Paschen-Back de la structure hyperfine de la raie D1 du Sodium|P. 122|― 2.5.5 Effet Zeeman et Paschen-Back de la structure hyperfine de la raie D2 du sodium|P. 138|― 2.5.6 Mesure de la structure hyperfine des états 32P1/2 , 3/2 du Sodium|P. 159|- 2.6 Complément : Atome H sous l'aspect relativiste|P. 171|― 2.6.1 Introduction|P. . 171|― 2.6.2 Notations relativistes et définitions|P. 172|― 2.6.3 Équation de Klein-Gordon|P. . 174|― 2.6.4 Équation de Dirac|P. 177|―- 2.6.4.1 Établissement de l'équation de Dirac|P. 177|―- 2.6.4.2 Mouvement d'une particule libre obéissant à l'équation de Dirac|P. 184|―- 2.6.4.3 Limites non relativistes de l'équation de Dirac|P. 190|― 2.6.5 Problèmes à symétrie sphérique|P. 197|―- 2.6.5.1 Moment cinétique|P. . 197|―- 2.6.5.2 Expression du couplage Spin-Orbite (limite non relativiste)|P. 198|―- 2.6.5.3 Séparation de l'équation de Dirac en coordonnées sphériques, sans approximation|P. 200|―- 2.6.5.4 Problème de l'atome d'hydrogène (ou d'un atome hydrogénoïde)|P. 207|||3 Interaction atome-rayonnement / Spectroscopie|P. 219|- 3.1 Hamiltoniens d'interaction|P. 219|― 3.1.1 Traitement semi-classique de l'interaction atome-rayonnement|P. 220|― 3.1.2 Traitement quantique de l'interaction atome-rayonnement|P. 224|- 3.2 Probabilités de transition / Coefficients d'Einstein|P. . 226|― 3.2.1 Traitement semi-classique|P. . 226|― 3.2.2 Traitement quantique|P. 229|― 3.2.3 Coefficients d'Einstein (généralisation)|P. 232|- 3.3 Grandeurs spectrales et temps de vie radiatif|P. 233|― 3.3.1 Coefficient d'absorption et densité optique|P. 233|― 3.3.2 Sections efficaces de transition|P. 235|― 3.3.3 Forces de transition|P. 235|― 3.3.4 Forces d'oscillateur|P. 236|― 3.3.5 Temps de vie radiatif et facteurs d'embranchement|P. 237|― 3.3.6 Relations de réciprocité et de Fuchtbauer-Ladenburg|P. 237|- 3.4 Règles de sélection pour l'ion ou l'atome libre|P. 240|- 3.5 Largeurs de raies|P. 242|― 3.5.1 Effet Doppler|P. 242|― 3.5.2 Largeur naturelle - Forme de raie de Lorentz|P. 246|― 3.5.3 Effets de collision - effets de pression|P. 251|―- 3.5.3.1 Élargissement de Lorentz|P. 251|―- 3.5.3.2 Déplacement et asymétrie par effet Stark quadratique|P. 253|―- 3.5.3.3 Effet de la pression de vapeur de l'élément étudié|P. 253|- 3.6 Exercices et problèmes d'application|P. 255|― 3.6.1 Force d'oscillateur|P. 255|― 3.6.2 Section efficace|P. 255|― 3.6.3 Elément de matrice, force et probabilité de transition dipolaire magnétique|P. 255|― 3.6.4 Émission induite et émission spontanée pour différents types de rayonnement|P. 256|― 3.6.5 Principe d'incertitude et largeur naturelle des raies|P. 257|― 3.6.6 Raie bleue du mercure|P. 262|― 3.6.7 Largeur de la raie à 253,7 nm de l'atome de mercure|P. 265|― 3.6.8 Absorption saturée|P. 271|― 3.6.9 Calcul du décalage entre les fréquences des raies d'absorption et d'émission au cours d'une expérience de résonance|P. 279|||4 Atomes à plusieurs électrons de valence|P. 285|- 4.1 Généralités|P. 286|― 4.1.1 Termes et niveaux de structure fine des atomes à plusieurs électrons de valence|P. . 286|―- 4.1.1.1 Termes : Effet de Hee, interaction électrostatique 286|―- 4.1.1.2 Niveaux de structure fine : Effet de l'interaction spin-orbite Hso|P. 293|― 4.1.2 Les différents types de couplage|P. 294|―- 4.1.2.1 Le couplage L-S ou de Russel-Saunders|P. 294|―- 4.1.2.2 Le couplage j-j|P. 294|―- 4.1.2.3 Le couplage ''intermédiaire''|P. 297|―- 4.1.2.4 Le couplage ''j-k''|― 4.1.3 L'interaction hyperfine|P. 299|― 4.1.4 Transitions dipolaires électriques entre niveaux issus de configurations données|P. 299|― 4.1.5 Fonctions d'onde associées aux termes|P. 300|- 4.2 Cas particulier des héliumoïdes|P. 303|― 4.2.1 Etude de la configuration des héliumoïdes|P. 303|― 4.2.2 Etude des termes des héliumoïdes|P. 304|―- 4.2.2.1 Etude des termes en couplage L-S|P. 304|―- 4.2.2.2 Etude des ''termes'' en couplagej-j|P. 312|― 4.2.3 Etude de la structure fine des héliumoïdes|P. 314|―- 4.2.3.1 Etude de la structure fine en couplage L-S|P. 314|―- 4.2.3.2 Etude de la structure fine en couplage j-j|P. 317|- 4.3 Niveaux d'énergie des alcalino-terreux|P. 321|― 4.3.1 Energie des termes des alcalino-terreux|P. 321|― 4.3.2 Structure fine des alcalino-terreux|P. 322|- 4.4 Atomes ionisés en couches internes|P. 322|― 4.4.1 Moments cinétiques attribués aux différents niveaux|P. 323|― 4.4.2 Energies des niveaux|P. 324|― 4.4.3 Spectres de rayons X|P. 326|― 4.4.4 Effet Auger|P. 326|- 4.5 Exemples, exercices et problèmes d'application|P. 328|― 4.5.1 Termes et niveaux issus de configurations données|P. 328|―- 4.5.1.1 Configurations à 2 électrons de valence|P. 328|―- 4.5.1.2 Autres exemples de configurations à 2 électrons|P. 330|―- 4.5.1.3 Configurations à plus de 2 électrons de valence|P. 334|― 4.5.2 Termes issus d'une configuration de q électrons équivalents|P. 341|― 4.5.3 Configuration C = pd, fonctions d'onde associées aux termes|P. 347|― 4.5.4 Configurations à 2 et 3 électrons : expression des termes sur la base des déterminants de Slater|P. 352|― 4.5.5 Configurations avec 3 électrons p|P. 368|― 4.5.6 Etude des termes des configurations npn'p en couplage L-S|P. 372|― 4.5.7 Etude des niveaux de structure fine de la configuration sl en couplage L-S et en couplage j-j|P. 373|― 4.5.8 Spectre de rayons X de l'atome de Manganèse (Z = 25)|P. 375|― 4.5.9 Raies Ka2 du Cuivre et du Molybdène|P. 377|― 4.5.10 Spectres de rayons X et Loi de Moseley|P. 381|― 4.5.11 Effet Auger dans l'atome de Fer (Z = 26)|P. 385||5 Molécules / Spectroscopie moléculaire|P. 391|- 5.1 Les liaisons chimiques (molécules diatomiques)|P. 391|― 5.1.1 Approximation de Born-Oppenheimer (B.O.)|P. 391|― 5.1.2 Exemples d'application de la théorie des orbitales moléculaires|P. 392|―- 5.1.2.1 L'ion moléculaire H2+|P. 392|―- 5.1.2.2 La molécule H2|P. 396|― 5.1.3 Remplissage des orbitales moléculaires|P. 396|―- 5.1.3.1 Cas des molécules diatomiques homonucléaires|P. 396|―- 5.1.3.2 Cas des molécules diatomiques hétéronucléaires|P. 397|― 5.1.4 Termes moléculaires|P. 398|- 5.2 Eléments de spectroscopie moléculaire|P. 399|― 5.2.1 Oscillateur harmonique (O.H.), modèle pour la vibration d'une molécule diatomique|P. 400|―- 5.2.1.1 Analyse des spectres de vibration|P. 400|―- 5.2.1.2 Termes correctifs pour la modélisation de la vibration moléculaire|P. 403|― 5.2.2 Rotateur rigide, modèle de la rotation d'une molécule diatomique|P. 404|―- 5.2.2.1 Analyse des spectres de rotation|P. 404|―- 5.2.2.2 Termes correctifs pour la modélisation de la rotation moléculaire|P. 405|― 5.2.3 Interaction de rotation-vibration|P. 406|― 5.2.4 Spectres électroniques|P. 408|- 5.3 Exercices et problèmes d'application|P. 410|― 5.3.1 Molécule de CS|P. 410|― 5.3.2 Ion moléculaire H2+|P. 413|― 5.3.3 Molécule de CO|P. 418|― 5.3.4 Effet Raman dans la molécule d'azote|P. 429|― 5.3.5 Spectre submillimétrique de ND3|P. 433|― 5.3.6 Absorption infrarouge des molécules OH et 02|P. 438|― 5.3.7 Système ''violet'' de la molécule CN :|P. 442|― 5.3.8 Spectres moléculaires de rotation et de rotation-vibration pour une molécule diatomique hétéronucléaire|P. 447|― 5.3.9 Molécule diatomique hétéronucléaire 1H19F|P. 456|― 5.3.10 Spectre de l'acide fluorhydrique, effets isotopiques|P. 464|― 5.3.11 Spectre de rotation pure de la molécule de CO|P. 472|― 5.3.12 Spectroscopie fine d'une molécule XY|P. 476|― 5.3.13 Energie de dissociation d'une molécule|P. 487

pour le champs 'auteurs', les Directeurs de publications apparaissent en premier puis le Directeur de collection.; International audience; 6 Les ions dans les matériaux solides|P. 493|- 6.1 Action de l'environnement sur les niveaux des ions|P. 495|- 6.2 Eléments de matrice et Règles de sélection|P. 497 |- 6.3 Force du champ cristallin|P. 500|- 6.4 Opérateurs équivalents de Stevens|P. 501|- 6.5 Niveaux des ions de transition du groupe du fer|P. 504|― 6.5.1 Cas d'un seul électron d en symétrie cubique|P. 507|― 6.5.2 Configurations multiélectroniques (Ar)3dn en champ ''intermédiaire''|P. 510|― 6.5.3 Configurations multiélectroniques (Ar)3dn en champ ''fort''|P. 512|- 6.6 Spectroscopie des ions de terres rares trivalents|P. 514|― 6.6.1 Niveaux d'énergie des ions de terres rares trivalents|P. 514 |― 6.6.2 Spectroscopie des ions de terres rares. Formalisme de Judd-Ofelt|P. 516|- 6.7 Couplage électron-phonon / transitions vibroniques|P. 518|- 6.8 Exercices et problèmes d'application|P. 524|― 6.8.1 Niveau fondamental des ions de terres rares trivalents|P. 524|― 6.8.2 Ion émetteur Pr3+ dans un environnement cristallin de symétrie tétragonale|P. 532|― 6.8.3 Ion émetteur V3+ dans un environnement cristallin de symétrie tétraèdrique|P. 535|― 6.8.4 Spectroscopie de l'ion Eu2+|P. 542||7 Principaux émetteurs laser|P. 547|- 7.1 Notions de base|P. 547|― 7.1.1 Gain et inversion de population au seuil|P. 547|― 7.1.2 Systèmes laser à 2, 3 et 4 niveaux|P. 548|―- 7.1.2.1 Système à 2 niveaux|P. 548|―- 7.1.2.2 Système laser 4-niveaux|P. 550|―- 7.1.2.3 Systèmes laser 3-niveaux|P. 553|― 7.1.3 Notions de saturation et d'inversion de population au seuil|P. 556|― 7.1.4 Notions de seuil d'oscillation laser|P. 558|― 7.1.5 Description des principaux systèmes laser|P. 560|―- 7.1.5.1 Laser He-Ne|P. 560|―- 7.1.5.2 Laser C02|P. 560|―- 7.1.5.3 Lasers à Excimères|P. 562|―- 7.1.5.4 Laser à Rubis|P. 562|―- 7.1.5.5 Laser ''Saphir-Titane''|P. 564|―- 7.1.5.6 Lasers solides à ions Er3+|P. 565|―- 7.1.5.7 Lasers solides à ions Nd3+|P. 567|―- 7.1.5.8 Lasers à semiconducteurs|P. 568|- 7.2 Exercices et problèmes d'application|P. 569|― 7.2.1 Système laser à 3 niveaux|P. 569|― 7.2.2 Réalisation d'un laser|P. 570|― 7.2.3 Laser Hélium-Néon 1|P. 577|― 7.2.4 Laser Hélium-Néon 2|P. 583|― 7.2.5 Laser à Vapeur de Plomb|P. 592|― 7.2.6 Laser Rovibrationnel à C02|P. 604|― 7.2.7 Laser YAG :Nd|P. 614|― 7.2.8 Laser à colorant|P. 623||8 Problèmes divers de niveau Master 1|P. 627|- 8.1 Effet Stark sur l'atome d'hydrogène|P. 627|- 8.2 Niveaux quasi-hydrogénoïdes de l'ion Mg+|P. 636|- 8.3 Atome d'Azote|P. 644|- 8.4 Atome de Cadmium|P. 655|- 8.5 Série principale du Potassium|P. 667|- 8.6 Spectre de l'atome de Phosphore|P. 689|- 8.7 Spectre de l'Argon|P. 697|- 8.8 Croisements de Niveaux|P. 710|- 8.9 Durée de vie du niveau 32P de l'atome de sodium|P. 726|- 8.10 Structure hyperfine de l'atome d'Hydrogène|P. 735|- 8.11 Effet Zeeman et couplage j-j|P. 741||9 Problèmes divers de niveau Master 2|P. 751|- 9.1 Effet Stark de l'état n = 2 de l'atome d'Hydrogène|P. 751|- 9.2 Interaction des configurations sd et p2 de Mg|P. 764|- 9.3 Configuration 6p7s de l'atome de Plomb|P. 781|- 9.4 Configuration 4p5ns d'un isotope pair du Krypton|P. 795|- 9.5 Structure fine des niveaux 3P des héliumoïdes|P. 817|- 9.6 Atome d'Argon|P. 827|- 9.7 Le Calcium IX|P. 838|- 9.8 Le Calcium IX (suite)|P. 853|- 9.9 Facteur de Landé d'un niveau de J = 0 et I≠0|P. 868|- 9.10 Transition interdite 61S0 -> 63P0 du Mercure|P. 878|- 9.11 Probabilités de transitions : Séries du Be et du F|P. 891|- 9.12 Transition dipolaire électrique 5s7d1D2 - 5s5p1P1 du Cd|P. 897|- 9.13 Croisements entre sous niveaux Zeeman hyperfins|P. 907|- 9.14 Structure hyperfine des niveaux de 207Pb(6p7s)|P. 921||10 Bibliographie|P. 937|11 Annexe 1 : Perturbations dépendant du temps|P. 939|12 Annexe 2 : Coefficients de Clebsch-Gordan|P. 943|13 Annexe 3 : Opérateurs tensoriels irréductibles|P. 949|14 Annexe 4 : Paramètres de Racah et intégrales de Slater|P. 953|15 Annexe 5 : Notions de théorie des groupes|P. 955|16 Annexe 6 : Matrices et diagrammes de Tanabe et Sugano|P. 981

The study of ignition of fuel/oxidizer mixtures is of fundamental and crucial importance for the internal combustion engines and for the gas turbines. A new method of ignition, recently used, consists in creating a spark by focusing of a laser beam. The objective of this work is to carry out a parametric study of this mode of lighting for mixtures in liquid dispersed and gas phases, as well as contributing to the comprehension of the physical phenomena related to optical breakdown, both in the air and in flammable mixtures. Plasmas met are characterized in terms of concentrations and electronic temperatures, before presenting the parametric study of breakdown in the air and the lighting of the gas and two phase mixtures. The importance of the dynamics induced by the laser spark on the evolution of the structure and the shape of the ignition kernel is considered. The role of the aberrations, and in particular of the spherical aberration, is carefully studied from the theoretical point of view. Important conclusions on the interpretation of the experimental results are then drawn. The determination of the breakdown threshold, as well as the identification of the determining processes are analyzed in the light of a model based on the determination of the evolution of the concentration of free electrons in focal volume. Finally, the feasibility of laser lighting at the outlet of a lean prevaporized premixed injector is proven.; L'étude de l'allumage d'un mélange gazeux combustible/comburant est d'un intérêt fondamentale et d'une importance cruciale dans les moteurs à combustion interne et dans les turbines à gaz. Une nouvelle méthode d'allumage, récemment utilisée, consiste à créer une étincelle par focalisation d'un faisceau laser.L'objectif du présent travail est d'effectuer une étude paramétrique de ce mode d'allumage pour des mélanges en phases liquides dispersées et gazeuses, ainsi que d'apporter une contribution à la compréhension des phénomènes physiques liés au claquage optique, aussi bien dans l'air que dans les mélanges inflammables. Les plasmas rencontrés sont caractérisés, en termes de concentrations et de températures électroniques, avant d'aborder l'étude paramétrique du claquage dans l'air et de l'allumage des mélanges gazeux et diphasiques inflammables. L'importance de la dynamique induite par l'étincelle laser sur l'évolution de la structure et de la forme du noyau d'allumage est considérée. Le rôle des aberrations, et en particulier de l'aberration sphérique, est soigneusement étudié du point de vue théorique. Des conclusions importantes sur l'interprétation des résultats expérimentaux sont dégagées. La détermination des seuils de claquage, ainsi que l'identification des processus déterminants, sont analysés à la lumière d'un modèle basé sur la détermination de l'évolution de la concentration d'électrons libres dans le volume focal. Finalement, la faisabilité de l'allumage laser à la sortie d'un injecteur prévaporisé, prémélangé en régime pauvre est démontrée.

The study of ignition of fuel/oxidizer mixtures is of fundamental and crucial importance for the internal combustion engines and for the gas turbines. A new method of ignition, recently used, consists in creating a spark by focusing of a laser beam. The objective of this work is to carry out a parametric study of this mode of lighting for mixtures in liquid dispersed and gas phases, as well as contributing to the comprehension of the physical phenomena related to optical breakdown, both in the air and in flammable mixtures. Plasmas met are characterized in terms of concentrations and electronic temperatures, before presenting the parametric study of breakdown in the air and the lighting of the gas and two phase mixtures. The importance of the dynamics induced by the laser spark on the evolution of the structure and the shape of the ignition kernel is considered. The role of the aberrations, and in particular of the spherical aberration, is carefully studied from the theoretical point of view. Important conclusions on the interpretation of the experimental results are then drawn. The determination of the breakdown threshold, as well as the identification of the determining processes are analyzed in the light of a model based on the determination of the evolution of the concentration of free electrons in focal volume. Finally, the feasibility of laser lighting at the outlet of a lean prevaporized premixed injector is proven., L'étude de l'allumage d'un mélange gazeux combustible/comburant est d'un intérêt fondamentale et d'une importance cruciale dans les moteurs à combustion interne et dans les turbines à gaz. Une nouvelle méthode d'allumage, récemment utilisée, consiste à créer une étincelle par focalisation d'un faisceau laser.L'objectif du présent travail est d'effectuer une étude paramétrique de ce mode d'allumage pour des mélanges en phases liquides dispersées et gazeuses, ainsi que d'apporter une contribution à la compréhension des phénomènes physiques liés au claquage optique, aussi bien dans l'air que dans les mélanges inflammables. Les plasmas rencontrés sont caractérisés, en termes de concentrations et de températures électroniques, avant d'aborder l'étude paramétrique du claquage dans l'air et de l'allumage des mélanges gazeux et diphasiques inflammables. L'importance de la dynamique induite par l'étincelle laser sur l'évolution de la structure et de la forme du noyau d'allumage est considérée. Le rôle des aberrations, et en particulier de l'aberration sphérique, est soigneusement étudié du point de vue théorique. Des conclusions importantes sur l'interprétation des résultats expérimentaux sont dégagées. La détermination des seuils de claquage, ainsi que l'identification des processus déterminants, sont analysés à la lumière d'un modèle basé sur la détermination de l'évolution de la concentration d'électrons libres dans le volume focal. Finalement, la faisabilité de l'allumage laser à la sortie d'un injecteur prévaporisé, prémélangé en régime pauvre est démontrée.

A relative accuracy and frequency stability of 2x10-15 has been obtained with the atomic fountain FO1 : an atomic frequency standard based on a fountain of cold cesium atoms. A ten fold improvement over those performances is problematic. The accuracy is presently limited by the 1x10-15 uncertainty on the evaluation of the frequency shift induced by the black body radiation. A theoretical and experimental study of the Stark effect for the clock transition enables to improve the evaluation of the black body radiation shift. A cold atom clock operating in microgravity could be a solution for improving the stability. This is the concept of PHARAO project. The operation of a cold atom clock in a satellite requires stable and compact narrow linewidth lasers. We have developed a weak optical feedback on a DBR laser diode and we have explained the influence of the laser frequency noise on the stability of atomic clocks. This study specifies the detection lasers of cold atom cesium clocks., La fontaine atomique FO1, étalon primaire de fréquence qui utilise des atomes de césium refroidis par laser, a permis d'atteindre un niveau d'exactitude et de stabilité de 2x10 15. Gagner encore un facteur dix sur ces performances pose plusieurs problèmes. L'amélioration de l'exactitude se heurte à une difficulté majeure: le rayonnement du corps noir. Celui-ci provoque un déplacement de fréquence qui n'était modélisé qu'à un niveau d'exactitude de 1x10-15. Grâce à une étude théorique et expérimentale de l'effet Stark pour la transition horloge de l'atome de césium, nous avons amélioré l'évaluation du déplacement de fréquence induit par le rayonnement du corps noir. Pour gagner sur la stabilité, une solution séduisante consiste à développer une horloge à atomes froids qui opère en microgravité. Cette idée a donné naissance au projet PHARAO. Dans une horloge embarquée sur un satellite, les sources laser de laboratoire ne sont plus utilisables. Nous avons développé une solution technologique qui met en oeuvre une diode laser de type DBR avec une contre réaction optique faible. Nous avons mené une analyse de la dégradation de la stabilité des horloges par le bruit de fréquence des sources laser. Cette étude définit les spécifications requises pour les sources laser de détection des horloges à atomes froids.

International audience

International audience

International audience; Previous results concerning the Dirac energies and wave functions in a space of constant positive curvature are used to derive their counterparts in a space of constant negative curvature. In particular, it is shown that, when switching from a spherical closed space to a hyperbolic open space, the sign of the curvature-induced splittings and shifts in the hydrogenic fine-structure spectrum is reversed.